王忠文 劉志芳

1.京信通信技術（廣州）有限公司，廣東 廣州 510663；2.廣東工程職業(yè)技術學院，廣東 廣州 510520

1 概述

目前的電力數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控終端系統(tǒng)所采集的范圍小、頻率低，不具備實時的分析管理能力。在未來的電力管理系統(tǒng)中,不僅系統(tǒng)的采樣頻率需要明顯提高,電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的范圍也將大大擴展。智能電表以及各種智能家電的嵌入式系統(tǒng)都可能向管理系統(tǒng)提供大量的實時信息。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡所產生的數(shù)據(jù)量將是非常驚人的,以電力系統(tǒng)現(xiàn)有的信息處理能力將不足以完成對海量數(shù)據(jù)流的存儲和分析功能。總之,電力系統(tǒng)現(xiàn)有的計算和信息處理平臺不足以支持智能電網(wǎng)的實現(xiàn),構建新的電力數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)就成為值得考慮的重要問題。針對上述情況，本文研究了云技術在電力數(shù)據(jù)采集與分析管理中的應用，為系統(tǒng)提供海量數(shù)據(jù)存儲管理與高性能計算環(huán)境。

云計算是分布式處理(Distributed C o m p u t i n g)、并行處理(P a r a l l e l Computing)和網(wǎng)格計算(Grid Computing)的發(fā)展，是通過網(wǎng)絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統(tǒng)經計算分析之后將處理結果回傳給用戶。通過云計算技術，電力通信網(wǎng)關成為網(wǎng)絡服務提供者，處理來自本地電力二次設備的監(jiān)測信息，保證信息及時有效處理，達到和“超級計算機”同樣強大的網(wǎng)絡服務。

云存儲的概念與云計算類似，它是指通過集群應用、網(wǎng)格技術或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問功能的一個系統(tǒng)。在這里，我們的電力數(shù)據(jù)采集和管理終端系統(tǒng)實現(xiàn)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)采集、云計算、區(qū)域數(shù)據(jù)分析、分類顯示和交互訪問等支撐功能。

2 物理組成

一套完整的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，包含了較多的子系統(tǒng)，由不同的網(wǎng)絡節(jié)點組成。主要的組成分為三部分：集中云計算與存儲管理平臺、數(shù)據(jù)采集與處理終端、電力數(shù)據(jù)節(jié)點。其示意圖如圖1所示。

集中云計算與存儲管理平臺是鑒于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性、大容量、寬范圍, 在電力系統(tǒng)完全利用現(xiàn)有的物理網(wǎng)絡設備建立電力系統(tǒng)的云計算和云存儲管理中心。利用這種云技術模式, 電力系統(tǒng)完全控制云計算方式,這樣的云儲存和計算資源的訪問可以完全由電力系統(tǒng)自己控制, 而不是公用的云計算服務的提供商, 相當于使用系統(tǒng)自己建立的電力系統(tǒng)智能云。面向智能電網(wǎng)的電力系統(tǒng)云計算、云存儲就是為了實現(xiàn)真實的智能電網(wǎng)管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集與處理終端系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集、計算、分析、顯示、智能交互于一體的區(qū)域數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是區(qū)域性電力數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集是將各個用戶單元、用戶節(jié)點的電力電表數(shù)據(jù)收集到一起，根據(jù)不同的地址空間和節(jié)點名稱來區(qū)分；采集了改區(qū)域的數(shù)據(jù)后利用自身的硬件資源來計算該部分的各種數(shù)據(jù)，然后充分利用網(wǎng)絡資源的云存儲，與之交互，與本地資源相對比分析，分門別類的根據(jù)要求顯示不同種類不同時間段的數(shù)據(jù)特性。

電力數(shù)據(jù)節(jié)點則是智能電網(wǎng)的最基本的組成部分，直接與用戶的實際用電情況相關，一般為智能電表，直接與數(shù)據(jù)采集與處理終端進行數(shù)據(jù)交互，為上層的系統(tǒng)管理提供最直接的數(shù)據(jù)信息。

圖1 系統(tǒng)物理組成

3 系統(tǒng)層次架構

電力系統(tǒng)智能云技術通過集群應用、分布式計算等系統(tǒng)功能將電力系統(tǒng)內網(wǎng)絡中的幾乎所有網(wǎng)絡和計算應用軟件集合起來協(xié)同工作, 共同對各級電網(wǎng)和計算機終端提供數(shù)據(jù)儲存和計算服務。本文的終端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)集群功能、云計算處理、云存儲、分布式分析與顯示等功能聯(lián)合起來, 通過各個軟硬件接口, 為電力系統(tǒng)各級電網(wǎng)和計算機終端提供智能終端服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)的層次架構如圖2所示。

數(shù)據(jù)采集層：是電力終端管理系統(tǒng)最基本的數(shù)據(jù)匯集，通過各種總線接口與各個智能電表節(jié)點相連，為系統(tǒng)采集各個節(jié)點的數(shù)據(jù)。包含了最底層的通訊接口、數(shù)據(jù)采集換算和安全校驗。

基礎管理層：改終端系統(tǒng)的云計算和存儲中心，主要是與數(shù)據(jù)采集層交互，將采集的各個節(jié)點的大量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計計算、分解存儲、集中管理，并通過這些數(shù)據(jù)監(jiān)控各個智能電表節(jié)點的實時狀態(tài)，完成相應合理的應對措施。

應用接口層： 是該系統(tǒng)最靈活的部分,不僅有承上啟下的作用，是管理遠程數(shù)據(jù)和本地數(shù)據(jù)交互的橋梁，而且各級電網(wǎng)可以根據(jù)需要、權限, 提供不同的接口和服務。應用層通過用戶權限的驗證后，可以開啟相應的功能，對權限范圍內的各點數(shù)據(jù)進行分析整理，以各種形式圖形化的顯示電力耗能、歷史情況和未來走勢等。

高級訪問控制層：是系統(tǒng)云技術的核心，通過遠程電力監(jiān)控管理中心的云計算和云存儲，與本地的分布式存儲系統(tǒng)、小型云計算數(shù)據(jù)交互的高級接口。在大量數(shù)據(jù)的融合交互的情況下，體現(xiàn)云服務的概念，完成遠程監(jiān)控中心的高級終端要求、系統(tǒng)調度、計劃管理和相應的維護。

圖2 系統(tǒng)層次架構

4 設計實現(xiàn)

該系統(tǒng)以雙進程和多線程的混合模式架構來實現(xiàn)，如圖3所示。系統(tǒng)開始后進行初始化，并創(chuàng)建守護進程和應用進程。守護進程用來守護應用程序的正常運行，在應用程序出現(xiàn)異常時讓設備復位重啟，快速恢復正常運行。應用進程則是該電力數(shù)據(jù)采樣和管理系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，分為多個線程并行處理。兩個進程間通信采用消息隊列的方式，進程間通信異常時，守護進程是設備復位，產生系統(tǒng)自愈。應用進程下的各個線程按功能模塊劃分，分別完成不同的功能，實現(xiàn)實時采集、實時計算分析、實時監(jiān)控、實時安全防護、實時調度和實時交互等功能。

圖3 軟件實現(xiàn)流程圖

按照應用程序的實現(xiàn)，各個節(jié)點數(shù)據(jù)經過采集、計算、分析后，能夠存儲并對比顯示，直觀的呈現(xiàn)給用戶。如圖4所示，是一片大樓區(qū)域的歷史數(shù)據(jù)對比分析。

圖4 數(shù)據(jù)分析顯示實例

5 結語

綜上所述, 云技術在電力系統(tǒng)中的運用，將對整個電力系統(tǒng)信息交互、計算和存儲產生巨大的推動作用, 在當前的網(wǎng)絡和設備資源下, 最大限度挖掘系統(tǒng)現(xiàn)有計算和儲存資源能力, 提高當前系統(tǒng)的整體性能。能夠解決當前電力系統(tǒng)中的諸多難點，從而極大地提高未來支持電力系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)處理能力、資源優(yōu)化配置能力、科學決策管理能力和靈活高效調控能力。為智能電網(wǎng)在我國的建立和實現(xiàn)提供強有力的技術支持。

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